Fluidos para Terminacin y Rehabilitacin de Pozos

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FLUIDOS DE COMPLETAMIENTO Y REHABILITACIN

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Tambin Conocidos como

Salmueras Claras Salmueras con Slidos Salmueras de Alta Densidad Agua Densa

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Avances durante los aos 1990Compatibilidad con la formacin (matriz) no emulsionadores para salmuera HD y petrleo crudo efecto de la composicin qumica de la salmuera sobre el reflujo del fluido

Mejores tcnicas de desplazamiento y productos qumicos reduccin de la contaminacin de slidos eficaz para SOBM

Control de Prdida de Fluido FLC mecnico - despus del filtro de gravaNueva generacin de salmueras (Formiatos) y DIFs4

Aplicacin de Salmuera ClaraDnde y Por Qu se Usan Salmueras Sin SlidosTerminaciones / Rehabilitaciones uso desde los aos 1960 Fluido sin slidos de perforacin de la zona productiva Filtro de grava en fluido sin slidos Fluido de consolidacin Control de Pozo - estabilizar el agujero, evaluacin de la formacin Estabilidad de Presin / Temperatura Transporte de slidos con eliminacin fcil en la superficie Fluido de perforacin de la zona productiva5

Visin General de las Operaciones de Completamiento

Definicin del Fluido de Completamiento / Rehabilitacin cualquier fluido en contacto con la formacin despus de perforar la zona productiva.

Tipos de Fluidos de Completamiento a base de agua / a base de petrleo sin slidos / cargado de slidos

Para este curso, enfocaremos los fluidos de salmuera pura sin slidos6

Definicin - Fluido de Completamiento Un Fluido de Completamiento puede ser definido como cualquier fluido usado durante la operacin de completamiento...despus de perforar el pozo y antes de producir cualquier cantidad de petrleo y/o gas a partir de la formacin.7

Definicin - Fluido de RehabilitacinUn Fluido de Rehabilitacin puede ser definido como un fluido usado durante operaciones de reparacin o rehabilitacin, despus de que un pozo haya producido petrleo y/o gas.Puede tratarse del mismo fluido que el fluido de completamiento.8

PropsitoProporcionar un ambiente sin slidos no perjudicial para las operaciones de completamiento y rehabilitacin de los pozos. Las aplicaciones incluyen:

Filtro de grava Transporte de Slidos Fluidos de Control de Pozo Fluidos de Pesca Fluidos de Consolidacin Perforacin Control de Pozo

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Por Qu Usar Salmueras

MOTIVO NO. 1: MINIMIZAR LOS DAOS CAUSADOS A LA FORMACIN!10

Daos de la Formacin LA SALMUERA MINIMIZA EL HINCHAMIENTO DE LA ARCILLA INHIBICIN (ESPECIALMENTE LOS FLUIDOS A BASE DE CALCIO)

LAS SALMUERAS NO CONTIENEN SLIDOS NINGN TAPONAMIENTO DE LA FORMACIN CAUSADO POR LOS SLIDOS11

Criterios de Rendimiento control de las presiones de la formacin circulacin y transporte de los slidos proteccin de la zona productiva estable en la superficie y en el fondo del pozo manejo seguro seguro para el medio ambiente fcil de obtener rentable12

TIPOS DE FLUIDOS DE COMPLETAMIENTO Y REHABILITACIN13

DENSIDADES COMUNESSOLUCIONES DE SAL NICA CLORURO DE AMONIO 8,4 - 8,9 PPG CLORURO DE POTASIO 8,4 - 9,7 PPG CLORURO DE SODIO 8,4 - 10,0 PPG CLORURO DE CALCIO 8,4 - 11,6 PPG FORMIATO DE SODIO 8,4 - 11,1 PPG BROMURO DE SODIO 8,4 - 12,5 PPG FORMIATO DE POTASIO 8,4 - 13,1 PPG BROMURO DE CALCIO 8,4 - 14,2 PPG BROMURO DE CINC 19,3 - 21,0 PPG

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DENSIDADES COMUNESSOLUCIONES DE MLTIPLES SALES NaCl/NaBr NaHCO2/KHCO2 CaCl2/CaBr2 CaBr2/ZnBr2 CaCl2/CaBr2/ZnBr2 10,1 - 12,4 PPG 11,2 - 13,1 PPG 11,7 - 15,1 PPG 11,7 - 19,2 PPG 15,2 - 19,1 PPG15

Sales FormiatoNaHCO2 cido frmico es Excretado por KHCO2 hormigas (pica!) CsHCO2 Estos fluidos son sales de los cido orgnicos- Acido frmico (el ms pequeo delos cidos carboxlicos)

H-C=O + KOH H-C=O K+ + H2O OHcido frmico

O

_

cido actico (vinagre) Es el siguiente cido carboxlico ms grande

Formiato

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Sodio / Potasio / Formiato de cesioH C O- M+ O

Alkali Formiato

Las sales alcalo metlicas son altamente solubles en agua y forman fluidos de alta densidad y baja temperatura de cristalizacin. Formiato de cesio es la ms soluble de las tres siendo las otras formiato de sodio y formiato de potasio.17

Porqu sales de Formiato?Originalmente usadas como estabilizador del biopolmeroShell report hasta un aumento de 70 F (21C) en la Temperatura de transicin (Tm) del polmero XC en soluciones con Formiato de sodio.Viscosidad (cp) XC en NaHCO2 XC en NaCl Grados C18

Porqu sales de Formiato? Factores ambientales produjeron un mayor inters en los Formiatos y su uso como base de Reservoir Drill-in Fluid (DIF). La introduccin del formiato de potasio permiti una mxima densidad de 13.3 ppg (1.597 SG) Formiato de cesio aumenta el rango de Densidad a ~ 19.1 ppg (>2.28 SG) ($,$$$/bbl)19

Propiedades de los fluidos saturados de formiato

Solubilidad

Fluido Formiato de sodio Formiato de potasio Formiato de cesio

del formiato 49 76 81

Densidad (S.G.) @ 20C 1.34 1.6 2.3

Viscosidad (cps) @ 20C 7.1 10.9 7.3

Buffered pH 9.4 10.6 10.0

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FLUIDOS SPIKE A BASE DE CALCIO 11,6 PPG CaCl2 14,2 PPG CaBr2 15,1 PPG CaBr2 19,2 PPG CaBr2/ZnBr2

ESTOS FLUIDOS SON MANTENIDOS EN LAS EXISTENCIAS DE TODAS LAS PLANTAS DE M-I EN LA COSTA DEL GOLFO21

FLUIDOS SPIKEA BASE DE SODIO 10,0 PPG NaCl 12,5 PPG NaBr ESTOS FLUIDOS TPICAMENTE NO SON MANTENIDOS EN LAS EXISTENCIAS DE LAS PLANTAS DE M-I EN LA COSTA DEL GOLFO22

PROPIEDADES Y PRUEBAS DE LOS FLUIDOS DE COMPLETAMIENTO Y REHABILITACIN23

Propiedades* Densidad...determinada por un hidrmetro. TCT...Temperatura Verdadera de Cristalizacin.. pH...se puede usar un papel indicador de pH...es mejor usar un medidor de pH. Contenido de Slidos...determinado por centrifugacin. * Turbidez...determinada con medidor NTU. Viscosidad...embudo Marsh.24

DensidadPara verificar la densidad de la salmuera, utilizar:

Hidrmetro Cilindro Graduado Termmetro

Observacin: Si usted no conoce la densidad aproximada del fluido que est pesando...use una balanza de lodo para obtener una indicacin general.25

Densidad Puede ser ajustada aadiendo Agua Fluidos Spike Sales secas OBSERVACIN: el ajuste de la densidad suele ajustar la Temperatura Verdadera de Cristalizacin (TCT) del fluido...a menos que las concentraciones de sal sean compensadas como parte del ajuste de la densidad.26

Temperatura de CristalizacinLa solubilidad de las sales en agua aumenta cuando la temperatura aumenta y disminuye cuando la temperatura baja. Al enfriarse lentamente, la salmuera alcanza su punto de saturacin (FCTA) y la sal menos soluble comienza a cristalizarse. El Calor de la Cristalizacin calienta la solucin hasta que la temperatura alcance un punto de equilibrio. En este punto, el Calor de la Cristalizacin es eliminado a una velocidad equivalente por el bao de enfriamiento. Esta temperatura de equilibrio es la Temperatura Verdadera de Cristalizacin o TCT. Luego, se deja que la solucin se caliente hasta que toda la sal se disuelva de nuevo (LCTD). En este punto, el Calor de Disolucin que fue absorbido por los cristales disolventes se agota y la solucin se calienta ms rpidamente.

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Temperatura de CristalizacinA medida que se aade sal al agua dulce, se reduce el punto de congelacin del agua. En las soluciones diluidas, la reduccin del punto de congelacin es directamente proporcional a la cantidad de sal. Si se aaden 10 libras de sal a un barril, la reduccin del punto de congelacin del agua ser el doble de la reduccin producida al aadir 5 libras de sal. A medida que la concentracin de la solucin aumenta, la relacin directa deja de ser vlida. Cada sal tiene una solubilidad en agua mxima antes de separarse de la solucin por precipitacin. Esta solubilidad mxima depende de la temperatura del agua. La temperatura de cristalizacin de la salmuera se define como la temperatura a la cual un slido se forma y se separa de la solucin por precipitacin. Otra definicin de la temperatura de cristalizacin es la temperatura por debajo de la cual un componente de la salmuera alcanza su mxima solubilidad.28

Temperatura de CristalizacinSi se enfra una salmuera de completamiento tpica por debajo de su temperatura de cristalizacin, el componente menos soluble en la solucin se solidificar o cristalizar. El slido puede ser la sal o el hielo formado a partir del agua congelada, segn los lmites de solubilidad de la sal en el agua. Las operaciones que utilizan fluidos de completamiento deben tener en cuenta la temperatura de cristalizacin, reconociendo la temperatura ms fra a la cual la mayor parte de la salmuera estar expuesta por un tiempo considerable. Por ejemplo: Un fluido de completamiento que est estacionario dentro del tubo de subida de un pozo de agua profunda puede lograr un equilibrio trmico con el agua en el lecho marino o en la lnea de lodo. Se debe tener en cuenta esta situacin para evitar la presencia de fluido cristalizado dentro del tubo de subida, aunque las condiciones en la superficie sean de sol y de calor, y la temperatura de fondo (BHT) sea alta.29

TCTTCT es la Temperatura Verdadera de Cristalizacin de un fluido. Esta es la temperatura a la cual un fluido se congela o se separa de las sales en la naturaleza. La congelacin puede ser causada por la precipitacin de los cristales de sal o la formacin de hielo a partir de agua dulce.30

TCT

Esta propiedad del fluido, junto con la densidad, determina el valor y por lo tanto el precio de venta del fluido. Si usted tiene dos fluidos con densidades similares, el fluido que tiene la TCT ms baja ser el ms costoso. Un fluido con una baja densidad y una TCT baja podra ser ms costoso que un fluido con una densidad ms alta y una TCT ms alta.

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TCT FCTA (First Crystal to Appear) - Primer Cristal Que Aparece. Esta es la temperatura a la cual los cristales empiezan a formarse. Resulta generalmente de un efecto de sobreenfriamiento. Sobreenfriamiento - enfriamiento del fluido por debajo de la temperatura efectiva de cristalizacin.32

TCT TCT - la temperatura mxima alcanzada despus de la temperatura mnima de sobreenfriamiento, o el punto de inflexin en los casos donde no ocurre el sobreenfriamiento. Si el sobreenfriamiento no ocurre, la TCT ser igual a la temperatura de FCTA.33

TCT LCTD (Last Crystal to Dissolve) ltimo Cristal Que Se Disuelve. En el ciclo de calentamiento, la temperatura a la cual se disuelve el ltimo cristal .

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Temperatura de Cristalizacin (TCT)Temperatura de la solucinFCTA = Primer Cristal Que Aparece TCT = Temperatura Verdadera de Cristalizacin LCTD = ltimo Cristal Que Se Disuelve LCTD TCT

Calor de la Cristalizacin FCTA

Tiempoenfriar a 1-2 grados por minuto calentar a 1-2 grados por minuto

Cristalizacin de Sal nicaEl Cloruro de Calcio alcanza una TCT mnima a ms o menos -60F, con una concentracin de 30% por peso (10,8 ppg). Cuando se reduce la temperatura de una salmuera de Cloruro de Calcio de densidad menor de 10,8 ppg por debajo de la TCT, se forman cristales de hielo de agua dulce. Esto resulta en una salmuera con una concentracin de sal ms alta y una TCT ms baja. En concentraciones mayores de 30%, se alcanzan los lmites de solubilidad del Cloruro de Calcio en el agua. Cuando se reduce la temperatura de una salmuera de Cloruro de Calcio de densidad mayor de 10,8 ppg por debajo de la TCT, los cristales de Cloruro de Calcio se forman hasta que la concentracin de sal logre un equilibrio con la temperatura de cristalizacin. En cualquiera de estos casos, mientras la temperatura de la solucin permanece constante, no se formar ningn slido adicional.36

Curva de Temperatura80 60

Temperatura o F

40 20 0 -20 -40 Hielo + Solucin CaCl2 + Solucin

Cloruro de Calcio % peso-60 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

CaCl2 + Agua250 lb./bbl CaCl2 TCT 200 40 80 60

lb./bbl

150 100 50

20 0OF

-20 -40 0 -60

Densidad (ppg)

Cristalizacin de CaCl2 y CaBr2El siguiente grfico muestra las curvas de cristalizacin para el cloruro de Calcio y el bromuro de Calcio. Se puede observar que tienen formas y funciones muy similares. La principal diferencia entre las dos curvas es el hecho que la molcula de Bromuro de Calcio aumenta la densidad de manera ms marcada que el Cloruro de Calcio. Ambas salmueras muestran tendencias idnticas en lo que se refiere a la temperatura y concentracin. Por lo tanto, se puede anticipar que las soluciones de sal nica actuarn de una manera similar. Resulta interesante notar que al combinar las dos sales en la solucin, es posible formular, dentro del intervalo de superposicin de las densidades, una salmuera que tenga una densidad y cualquier TCT entre el valor mnimo (sal nica) y un valor mximo determinado (generalmente 60 70 F). Por ejemplo: Una salmuera de 13,3 ppg puede ser formulada con CaCl2 y CaBr2 a cualquier TCT comprendida entre 60 bajo cero y 60 sobre cero!39

T de Cristalizacin para CaCl2 & CaBr255

35

15

-5 8.33

8.7

9.1

9.5

9.9

10.3 10.7

11.1 11.5

11.9 12.3

12.7

13.1 13.5

13.9 14.3

14.7 15.1

-25

-45

-65 TCT (CaCl2) TCT (CaBr2)

TCTTCT 60OF

Salmueras de Bromuro de CincSalmuera de Tres Sales 10O F

-62OF

Salmuera de Dos Sales

15 ppg

15,9 ppg

19,2 ppg41

Contenido de Slidos

Contenido de Slidos Determinado por Centrifugacin

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pHSal Cloruro de Calcio de 11,6 ppg Bromuro de Calcio de 14,2 ppg CaCl2/CaBr2 de 15,0 ppg CaCl2/CaBr2/ZnBr2 de 16,0 ppg pH Tpico 6,5 a 7,5 6,5 a 7,5 6,0 a 7,0 4,5 a 5,043

pHSal CaCl2/CaBr2/ZnBr2 de 17,0 ppg CaCl2/CaBr2/ZnBr2 de 18,0 ppg CaCl2/CaBr2/ZnBr2 de 19,0 ppg CaBr2/ZnBr2 de 19,2 ppg pH Tpico 3,5 a 4,0 2,5 a 3,0 1,5 a 2,0 < 1,5

Mientras ms Bromuro de Cinc tenga un fluido, ms bajo ser el pH.44

TurbidezLa turbidez es una funcin de la limpieza del fluido. Si el fluido contiene slidos de lodo de perforacin, sal no disuelta, costras de tuberas, aire, etc., la turbidez ser alta. El valor de NTU disminuye cuando se limpia el fluido. Esto se logra dejando que los slidos se depositen o floten, filtrando el fluido a travs de cartuchos, de un filtro prensa DE, o usando todos estos mtodos.

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Unidades de Turbidez Nefelomtrica (NTUs)

La Nefelometra es la Tcnica que consiste en Proyectar un Haz Luminoso sobre una Muestra y Medir la Cantidad de Luz Dispersada a Cierto ngulo

NTUs - Estndar Uniforme 90o Estndar de la Industria =